JPH11352165A - 位相整合型光電界センサ - Google Patents
位相整合型光電界センサInfo
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- JPH11352165A JPH11352165A JP17230398A JP17230398A JPH11352165A JP H11352165 A JPH11352165 A JP H11352165A JP 17230398 A JP17230398 A JP 17230398A JP 17230398 A JP17230398 A JP 17230398A JP H11352165 A JPH11352165 A JP H11352165A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い周波数はもとより、高周波までの空間電
界を、とくに広い周波数帯域において高感度に、かつ電
波が伝搬する向きも含む高い指向性をもって検出する機
能を有する位相整合型光電界センサを提供すること。 【解決手段】 電波の各周波数帯域毎に対応する複数の
半波長ダイポールアンテナ２８，３８ａ，３８ｂに誘起
された電圧を印加して変調するセンサヘッド２１をも
ち、電圧の位相と、変調された光変調波の位相が同期す
るように、半波長ダイポールアンテナ２８，３８ａ，３
８ｂの間隔と、電圧が印加される変調電極２６，３６
ａ，３６ｂの間の光路の長さが設定されている位相整合
型光電界センサである。
界を、とくに広い周波数帯域において高感度に、かつ電
波が伝搬する向きも含む高い指向性をもって検出する機
能を有する位相整合型光電界センサを提供すること。 【解決手段】 電波の各周波数帯域毎に対応する複数の
半波長ダイポールアンテナ２８，３８ａ，３８ｂに誘起
された電圧を印加して変調するセンサヘッド２１をも
ち、電圧の位相と、変調された光変調波の位相が同期す
るように、半波長ダイポールアンテナ２８，３８ａ，３
８ｂの間隔と、電圧が印加される変調電極２６，３６
ａ，３６ｂの間の光路の長さが設定されている位相整合
型光電界センサである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＥＭＣ分野におけ
るノイズの測定、空間を伝搬する電磁波による電界強度
の測定、通信、放送波等の受信等に用いられる位相整合
型電界センサに関する。
るノイズの測定、空間を伝搬する電磁波による電界強度
の測定、通信、放送波等の受信等に用いられる位相整合
型電界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＥＭＣ分野においては、コンピュータ等
の情報機器や通信機器、ロボット等のＦＡ機器、自動
車、鉄道等の制御器など多くの電気機器は、外部からの
電磁ノイズの影響を受けて誤動作をする危険を常にもっ
ている。外部の電磁環境に影響を及ぼすようなノイズ、
また自らが発生するノイズ等を正確に測定することが重
要である。広帯域の周波数の電波の利用が促進され、高
周波機器の増大とともに、高周波電界の測定に対するニ
ーズ、重要性が増えつつある。
の情報機器や通信機器、ロボット等のＦＡ機器、自動
車、鉄道等の制御器など多くの電気機器は、外部からの
電磁ノイズの影響を受けて誤動作をする危険を常にもっ
ている。外部の電磁環境に影響を及ぼすようなノイズ、
また自らが発生するノイズ等を正確に測定することが重
要である。広帯域の周波数の電波の利用が促進され、高
周波機器の増大とともに、高周波電界の測定に対するニ
ーズ、重要性が増えつつある。
【０００３】空間電界の測定は、かつては、通常の受信
アンテナを用いて受信し同軸ケーブルで測定器まで導く
方式が多く使われた。この方式は、同軸ケーブルの存在
自体により、あるいは同軸ケーブルの引き回しによっ
て、測定値が変動するなどの問題もあった。
アンテナを用いて受信し同軸ケーブルで測定器まで導く
方式が多く使われた。この方式は、同軸ケーブルの存在
自体により、あるいは同軸ケーブルの引き回しによっ
て、測定値が変動するなどの問題もあった。
【０００４】最近、電磁ノイズの測定、電界測定、ある
いは放送波等のＲＦ信号受信のためのセンサヘッドとし
て、光導波路素子が利用されるようになった。光導波路
素子を用いたセンサヘッドは、入射された光が、印加さ
れる電界強度に応じて、強度を変化して出射するように
構成されている。
いは放送波等のＲＦ信号受信のためのセンサヘッドとし
て、光導波路素子が利用されるようになった。光導波路
素子を用いたセンサヘッドは、入射された光が、印加さ
れる電界強度に応じて、強度を変化して出射するように
構成されている。
【０００５】図３は、光導波路素子によるセンサヘッド
を用いた従来の光電界センサの構成を示す図である。図
３（ａ）は、光電界センサの構成を示す図、図３（ｂ）
は、センサヘッドの構成と半波長ダイポールアンテナを
示す図である。
を用いた従来の光電界センサの構成を示す図である。図
３（ａ）は、光電界センサの構成を示す図、図３（ｂ）
は、センサヘッドの構成と半波長ダイポールアンテナを
示す図である。
【０００６】図３において、受信アンテナである半波長
ダイポールアンテナ１８が接続された光導波路素子のセ
ンサヘッド１１と、光源１および光検出器２が光ファイ
バ５，６で接続されている。電界強度は、センサヘッド
１１を透過する光強度の変化として測定される。
ダイポールアンテナ１８が接続された光導波路素子のセ
ンサヘッド１１と、光源１および光検出器２が光ファイ
バ５，６で接続されている。電界強度は、センサヘッド
１１を透過する光強度の変化として測定される。
【０００７】センサヘッド１１は、ニオブ酸リチウム結
晶をｃ軸に垂直に切り出した基板１２上に、チタンを拡
散して形成した分岐干渉型光導波路と、その分岐干渉型
光導波路の位相シフト光導波路１５上に形成した１組の
変調電極１６から構成されている。変調電極１６は、半
波長ダイポールアンテナ１８に接続されている。入射光
導波路１３には入力光ファイバ５を通して光源１の出力
光が入射され、センサヘッド１１は、位相シフト光導波
路１５に印加された電圧に依存して、出射光強度が変化
する構成となっている。すなわち、導波光は、位相シフ
ト光導波路１５で位相変調され、出射光導波路１４で干
渉により強度変調される。センサヘッド１１の出射光
は、出力光ファイバ６を通じて光検出器２に入射されて
検出される。
晶をｃ軸に垂直に切り出した基板１２上に、チタンを拡
散して形成した分岐干渉型光導波路と、その分岐干渉型
光導波路の位相シフト光導波路１５上に形成した１組の
変調電極１６から構成されている。変調電極１６は、半
波長ダイポールアンテナ１８に接続されている。入射光
導波路１３には入力光ファイバ５を通して光源１の出力
光が入射され、センサヘッド１１は、位相シフト光導波
路１５に印加された電圧に依存して、出射光強度が変化
する構成となっている。すなわち、導波光は、位相シフ
ト光導波路１５で位相変調され、出射光導波路１４で干
渉により強度変調される。センサヘッド１１の出射光
は、出力光ファイバ６を通じて光検出器２に入射されて
検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術を
もっては、指向性の強い光電界センサを得ることは困難
であった。とくに、高い周波数の電波を測定対象とする
要求に、高い指向性と、高い感度で十分に対応すること
は困難である。
もっては、指向性の強い光電界センサを得ることは困難
であった。とくに、高い周波数の電波を測定対象とする
要求に、高い指向性と、高い感度で十分に対応すること
は困難である。
【０００９】本発明は、低い周波数はもとより、高周波
までの空間電界を、とくに広い周波数帯域において高感
度に、かつ電波が伝搬する向きも含む高い指向性をもっ
て検出する機能を有する位相整合型光電界センサを提供
する。
までの空間電界を、とくに広い周波数帯域において高感
度に、かつ電波が伝搬する向きも含む高い指向性をもっ
て検出する機能を有する位相整合型光電界センサを提供
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による位相整合型
光電界センサは、電波の各周波数の帯域毎に対応する複
数の受信アンテナと、受信アンテナに誘起され、変調電
極に印加された電圧に依存して、透過される光の強度ま
たは位相が変化するように構成されたセンサヘッドと、
光ファイバを通じてセンサヘッドに光を入射する光源
と、光ファイバを通じてセンサヘッドの出射光を検出す
る光検出器から構成されている。本発明による位相整合
型光電界センサは、変調電極に印加される電圧の位相
と、その電圧によって変調され、変調電極の間の光路を
伝送される光変調波の位相が同期するように、受信アン
テナの相互の間隔と、変調電極の間の光路の長さが、設
定されていることを特徴とする。
光電界センサは、電波の各周波数の帯域毎に対応する複
数の受信アンテナと、受信アンテナに誘起され、変調電
極に印加された電圧に依存して、透過される光の強度ま
たは位相が変化するように構成されたセンサヘッドと、
光ファイバを通じてセンサヘッドに光を入射する光源
と、光ファイバを通じてセンサヘッドの出射光を検出す
る光検出器から構成されている。本発明による位相整合
型光電界センサは、変調電極に印加される電圧の位相
と、その電圧によって変調され、変調電極の間の光路を
伝送される光変調波の位相が同期するように、受信アン
テナの相互の間隔と、変調電極の間の光路の長さが、設
定されていることを特徴とする。
【００１１】また、本発明による位相整合型光電界セン
サにおいて、受信アンテナ、および変調電極は、それぞ
れ３組以上にすることができる。
サにおいて、受信アンテナ、および変調電極は、それぞ
れ３組以上にすることができる。
【００１２】また、本発明は、受信アンテナの間または
近傍に、少なくとも一つの導波器または反射器が設置さ
れている位相整合型光電界センサである。
近傍に、少なくとも一つの導波器または反射器が設置さ
れている位相整合型光電界センサである。
【００１３】本発明による位相整合型光電界センサは、
受信アンテナと変調電極の間に、遅延線、容量素子、ま
たはインダクタンス素子などからなる遅延要素によっ
て、受信アンテナに誘起された電圧が変調電極に遅延し
て印加されるように構成されている。
受信アンテナと変調電極の間に、遅延線、容量素子、ま
たはインダクタンス素子などからなる遅延要素によっ
て、受信アンテナに誘起された電圧が変調電極に遅延し
て印加されるように構成されている。
【００１４】本発明の位相整合型光電界センサに用いら
れるセンサヘッドは、ニオブ酸リチウム結晶などの電気
光学効果を示す材料を基板とし、基板上に干渉型光導波
路および変調電極を形成した光導波路素子からなること
が特徴である。
れるセンサヘッドは、ニオブ酸リチウム結晶などの電気
光学効果を示す材料を基板とし、基板上に干渉型光導波
路および変調電極を形成した光導波路素子からなること
が特徴である。
【００１５】本発明の位相整合型光電界センサに用いら
れるセンサヘッドは、単一の基板上に直列に接続した複
数の光変調器が形成されたものでもよく、あるいは、複
数の基板上にそれぞれ形成した光変調器を光ファイバに
よって直列に接続したものでもよい。
れるセンサヘッドは、単一の基板上に直列に接続した複
数の光変調器が形成されたものでもよく、あるいは、複
数の基板上にそれぞれ形成した光変調器を光ファイバに
よって直列に接続したものでもよい。
【００１６】さらに、本発明において、光変調器は、単
一の光導波路型干渉計に１組の変調電極を具備していて
も、あるいは複数組の変調電極を具備してもよい。
一の光導波路型干渉計に１組の変調電極を具備していて
も、あるいは複数組の変調電極を具備してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１８】電界によって、受信アンテナに誘起され、
変調電極に印加した電圧は、光導波路を伝搬する導波光
を位相変調あるいは強度変調する。それぞれ複数の受信
アンテナと変調電極を適切に配置することによって、す
なわち、各変調電極に印加される電圧の位相と、各変調
電極のもとでの導波光の位相を同期させることによっ
て、変調度が高まり、高感度で受信が可能となる。
変調電極に印加した電圧は、光導波路を伝搬する導波光
を位相変調あるいは強度変調する。それぞれ複数の受信
アンテナと変調電極を適切に配置することによって、す
なわち、各変調電極に印加される電圧の位相と、各変調
電極のもとでの導波光の位相を同期させることによっ
て、変調度が高まり、高感度で受信が可能となる。
【００１９】図１は、本発明の実施の形態の位相整合型
光電界センサのうち、センサヘッド及び半波長ダイポー
ルアンテナの構成を示す図である。本発明による位相整
合型光電界センサは、図３（ａ）において、センサヘッ
ド１１および半波長ダイポールアンテナ１８に替えて図
１に示すセンサヘッドおよび各ダイポールアンテナを備
えた構成をなす。
光電界センサのうち、センサヘッド及び半波長ダイポー
ルアンテナの構成を示す図である。本発明による位相整
合型光電界センサは、図３（ａ）において、センサヘッ
ド１１および半波長ダイポールアンテナ１８に替えて図
１に示すセンサヘッドおよび各ダイポールアンテナを備
えた構成をなす。
【００２０】受信アンテナに誘起され、センサヘッドの
変調電極に印加される電圧の位相と、各変調電極の間の
光導波路を伝送される光変調波の位相が同期する条件
は、つぎの式で表される。
変調電極に印加される電圧の位相と、各変調電極の間の
光導波路を伝送される光変調波の位相が同期する条件
は、つぎの式で表される。
【００２１】 ｄ＝（Ｌ／ｎ）＋（λ／ｎ）・〔（δφ2−δφ1）＋ｍ〕 （式１） ここで、Ｌは隣接する受信アンテナの間の距離、ｄは隣
接する変調電極の中心間の光路の長さ、ｎは光路の平均
の屈折率、λは測定対象とする電波の波長、δφ1およ
びδφ2は、受信アンテナと変調電極の間に接続され、
光変調波が進行する順番の遅延要素によるそれぞれの遅
延量、そして、ｍは０を含む正の整数である。
接する変調電極の中心間の光路の長さ、ｎは光路の平均
の屈折率、λは測定対象とする電波の波長、δφ1およ
びδφ2は、受信アンテナと変調電極の間に接続され、
光変調波が進行する順番の遅延要素によるそれぞれの遅
延量、そして、ｍは０を含む正の整数である。
【００２２】図１において、二つの光変調器がパッケー
ジの中で接続されて一つのセンサヘッド２１を構成して
いる。二つの光変調器は、光ファイバ４５を通して直列
に接続されている。二つの光変調器は、ともに、電気光
学効果を示し、ｃ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウ
ム結晶を基板２２，３２とし、その基板２２，３２上に
チタンを拡散して形成した分岐干渉型光導波路と、その
分岐干渉型光導波路の位相シフト光導波路２５，３５上
に形成した変調電極２６，３６ａ，３６ｂから構成され
ている。
ジの中で接続されて一つのセンサヘッド２１を構成して
いる。二つの光変調器は、光ファイバ４５を通して直列
に接続されている。二つの光変調器は、ともに、電気光
学効果を示し、ｃ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウ
ム結晶を基板２２，３２とし、その基板２２，３２上に
チタンを拡散して形成した分岐干渉型光導波路と、その
分岐干渉型光導波路の位相シフト光導波路２５，３５上
に形成した変調電極２６，３６ａ，３６ｂから構成され
ている。
【００２３】以下、図１および図３（ａ）をもとに説明
する。センサヘッド２１は、入力光ファイバ５、出力光
ファイバ６を通して、半導体レーザからなる光源１、お
よび光検出器２にそれぞれ直列に接続されている。セン
サヘッド２１のうち光源側の光変調器には、１組の変調
電極２６が配置され、この変調電極２６に、接続端子２
７を経由して、半波長ダイポールアンテナ２８が接続さ
れている。光検出器２側の光変調器は、単一の干渉型光
導波路に２組の変調電極３６ａ，３６ｂが配置され、こ
れらの変調電極３６ａ，３６ｂには、それぞれ接続端子
３７ａ，３７ｂを経由して、それぞれ半波長ダイポール
アンテナ３８ａ，３８ｂが接続されている。これら３組
の半波長ダイポールアンテナ２８，３８ａ，３８ｂは、
互いに所定の間隔Ｌ1，Ｌ2をもって設置されている。光
源側の光変調器の変調電極２６と光検出器側の光変調器
の変調電極３６ａ，３６ｂもまた、所定の光路の長さを
もって設置されている。変調電極２６，３６ａの間の光
路は、光導波路と光ファイバ４５である。
する。センサヘッド２１は、入力光ファイバ５、出力光
ファイバ６を通して、半導体レーザからなる光源１、お
よび光検出器２にそれぞれ直列に接続されている。セン
サヘッド２１のうち光源側の光変調器には、１組の変調
電極２６が配置され、この変調電極２６に、接続端子２
７を経由して、半波長ダイポールアンテナ２８が接続さ
れている。光検出器２側の光変調器は、単一の干渉型光
導波路に２組の変調電極３６ａ，３６ｂが配置され、こ
れらの変調電極３６ａ，３６ｂには、それぞれ接続端子
３７ａ，３７ｂを経由して、それぞれ半波長ダイポール
アンテナ３８ａ，３８ｂが接続されている。これら３組
の半波長ダイポールアンテナ２８，３８ａ，３８ｂは、
互いに所定の間隔Ｌ1，Ｌ2をもって設置されている。光
源側の光変調器の変調電極２６と光検出器側の光変調器
の変調電極３６ａ，３６ｂもまた、所定の光路の長さを
もって設置されている。変調電極２６，３６ａの間の光
路は、光導波路と光ファイバ４５である。
【００２４】
【実施例】本発明の詳細を、以下に実施例をもって説明
する。
する。
【００２５】（実施例１）実施例１として図１に示され
る構成のセンサヘッド２１が、半波長ダイポールアンテ
ナと変調電極の間に遅延要素をもち、すなわち、接続端
子が遅延機能をもち、周波数１.０ＧＨｚから１.２ＧＨ
ｚの電波を受信する機能を有するものを説明する。
る構成のセンサヘッド２１が、半波長ダイポールアンテ
ナと変調電極の間に遅延要素をもち、すなわち、接続端
子が遅延機能をもち、周波数１.０ＧＨｚから１.２ＧＨ
ｚの電波を受信する機能を有するものを説明する。
【００２６】図１において、半波長ダイポールアンテナ
２８，３８ａ，３８ｂは、それぞれ周波数１.０ＧＨ
ｚ、１.１ＧＨｚ、および１.２ＧＨｚに対応する。これ
らの半波長ダイポールアンテナ２８，３８ａ，３８ｂ
は、遅延機能を有する接続端子２７，３７ａ，３７ｂを
経て、センサヘッド２１のそれぞれの変調電極２６，３
６ａ，３６ｂに接続されている。半波長ダイポールアン
テナ２８，３８ａの間隔Ｌ1、半波長ダイポールアンテ
ナ３８ａ，３８ｂの間隔Ｌ2は、それぞれ、周波数１.０
ＧＨｚ、１.２ＧＨｚの電波の１／４波長（それぞれ、
７.５ｃｍ，６.３ｃｍ）に設定されている。
２８，３８ａ，３８ｂは、それぞれ周波数１.０ＧＨ
ｚ、１.１ＧＨｚ、および１.２ＧＨｚに対応する。これ
らの半波長ダイポールアンテナ２８，３８ａ，３８ｂ
は、遅延機能を有する接続端子２７，３７ａ，３７ｂを
経て、センサヘッド２１のそれぞれの変調電極２６，３
６ａ，３６ｂに接続されている。半波長ダイポールアン
テナ２８，３８ａの間隔Ｌ1、半波長ダイポールアンテ
ナ３８ａ，３８ｂの間隔Ｌ2は、それぞれ、周波数１.０
ＧＨｚ、１.２ＧＨｚの電波の１／４波長（それぞれ、
７.５ｃｍ，６.３ｃｍ）に設定されている。
【００２７】変調電極２６，３６ａの中心間の距離を、
前記の式１から求める。ｍ＝０、遅延量（δφ2−δ
φ1）＝０.１としたとき、二つの光変調器の対応する変
調電極２６，３６ａの中心間の距離は、光導波路の長さ
を合計２.５ｃｍとすれば、光ファイバ４５の長さ３.５
ｃｍと算出される。なお、光ファイバおよび光導波路の
屈折率は、それぞれ１.５、２.１とした。
前記の式１から求める。ｍ＝０、遅延量（δφ2−δ
φ1）＝０.１としたとき、二つの光変調器の対応する変
調電極２６，３６ａの中心間の距離は、光導波路の長さ
を合計２.５ｃｍとすれば、光ファイバ４５の長さ３.５
ｃｍと算出される。なお、光ファイバおよび光導波路の
屈折率は、それぞれ１.５、２.１とした。
【００２８】変調電極３６ａ，３６ｂの間の光路は光導
波路のみであり、これらの中心間距離を半波長ダイポー
ルアンテナ３８ａ，３８ｂの間隔と等しく１／４波長に
設定すると、前記の式１から、ｍ＝０として、遅延量
（δφ2−δφ1）＝０.２７５が得られる。すなわち、
接続端子３７ａによって、遅延量（δφ2−δφ1）＝
０.１を、接続端子３７ｂによってさらに遅延量（δφ2
−δφ1）＝０.２７５を、それぞれ付与することによっ
て、変調電極に印加される電圧と光変調波の位相の同期
をとって変調を重ねることができ、その結果、位相整合
型光電界センサの高感度化が実現する。
波路のみであり、これらの中心間距離を半波長ダイポー
ルアンテナ３８ａ，３８ｂの間隔と等しく１／４波長に
設定すると、前記の式１から、ｍ＝０として、遅延量
（δφ2−δφ1）＝０.２７５が得られる。すなわち、
接続端子３７ａによって、遅延量（δφ2−δφ1）＝
０.１を、接続端子３７ｂによってさらに遅延量（δφ2
−δφ1）＝０.２７５を、それぞれ付与することによっ
て、変調電極に印加される電圧と光変調波の位相の同期
をとって変調を重ねることができ、その結果、位相整合
型光電界センサの高感度化が実現する。
【００２９】本実施例では、変調電極２６，３６ａ間を
周波数１.０ＧＨｚに、変調電極３６ａ，３６ｂ間を周
波数１.２ＧＨｚに、さらに半波長ダイポール３８ａの
対応周波数を１.１ＧＨｚ にそれぞれ設定することによ
り、全体として、１.０ＧＨｚから１.２ＧＨｚの周波数
帯域で、同様に高感度に受信することができる。
周波数１.０ＧＨｚに、変調電極３６ａ，３６ｂ間を周
波数１.２ＧＨｚに、さらに半波長ダイポール３８ａの
対応周波数を１.１ＧＨｚ にそれぞれ設定することによ
り、全体として、１.０ＧＨｚから１.２ＧＨｚの周波数
帯域で、同様に高感度に受信することができる。
【００３０】周波数１.１ＧＨｚに合わせて、変調電極
２６，３６ａ間、および３６ａ，３６ｂ間の光路長さを
設定してもよい。
２６，３６ａ間、および３６ａ，３６ｂ間の光路長さを
設定してもよい。
【００３１】なお、遅延素子を兼ねる接続端子には、ス
トリップライン、容量素子、インダクタンス、あるいは
これらの結合で構成してもよい。また、変調電極間の光
路の長さは、変調電極の長さも含めて考慮する必要があ
る。
トリップライン、容量素子、インダクタンス、あるいは
これらの結合で構成してもよい。また、変調電極間の光
路の長さは、変調電極の長さも含めて考慮する必要があ
る。
【００３２】（実施例２）実施例２として先に説明した
図１に示される構成のセンサヘッド２１が、ダイポール
アンテナと変調電極の間に遅延要素をもたず、周波数
１.８ＧＨｚから２.０ＧＨｚの電波を受信する機能を有
するものを説明する。
図１に示される構成のセンサヘッド２１が、ダイポール
アンテナと変調電極の間に遅延要素をもたず、周波数
１.８ＧＨｚから２.０ＧＨｚの電波を受信する機能を有
するものを説明する。
【００３３】図１において、半波長ダイポールアンテナ
２８，３８ａ，３８ｂは、それぞれ接続端子２７，３７
ａ，３７ｂを経て、センサヘッド２１のそれぞれの変調
電極２６，３６ａ，３６ｂに接続されている。半波長ダ
イポールアンテナ２８，３８ａ，３８ｂは、それぞれ、
周波数１.８ＧＨｚ、１.９ＧＨｚ、および２.０ＧＨｚ
に対応している。本実施例においては、接続端子２７，
３７ａ，３７ｂは、単に半波長ダイポールアンテナ２
８，３８ａ，３８bとそれぞれの変調電極２６，３６
ａ，３６ｂを接続する機能を有し、半波長ダイポールア
ンテナ２８，３８ａ，３８ｂと変調電極２６，３６ａ，
３６ｂの間に遅延機能をもたない。半波長ダイポールア
ンテナ２８，３８ａの間隔Ｌ1、半波長ダイポールアン
テナ３８ａ，３８bの間隔Ｌ2は、いずれも、周波数１.
９ＧＨｚの電波の１／４波長（３.９５ｃｍ）に設定さ
れている。
２８，３８ａ，３８ｂは、それぞれ接続端子２７，３７
ａ，３７ｂを経て、センサヘッド２１のそれぞれの変調
電極２６，３６ａ，３６ｂに接続されている。半波長ダ
イポールアンテナ２８，３８ａ，３８ｂは、それぞれ、
周波数１.８ＧＨｚ、１.９ＧＨｚ、および２.０ＧＨｚ
に対応している。本実施例においては、接続端子２７，
３７ａ，３７ｂは、単に半波長ダイポールアンテナ２
８，３８ａ，３８bとそれぞれの変調電極２６，３６
ａ，３６ｂを接続する機能を有し、半波長ダイポールア
ンテナ２８，３８ａ，３８ｂと変調電極２６，３６ａ，
３６ｂの間に遅延機能をもたない。半波長ダイポールア
ンテナ２８，３８ａの間隔Ｌ1、半波長ダイポールアン
テナ３８ａ，３８bの間隔Ｌ2は、いずれも、周波数１.
９ＧＨｚの電波の１／４波長（３.９５ｃｍ）に設定さ
れている。
【００３４】ここで、二つの光変調器の、それぞれの変
調電極２６，３６ａの中心間の距離のうち、光導波路の
長さの合計を２.５ｃｍとし、前記の式１において、ｍ
＝１としたとき、変調電極２６，３６ａにそれぞれ印加
される電圧の位相と光路を伝送される光変調波の位相が
同期する条件は、光ファイバ４５の長さは９.７ｃｍと
なる。すなわち、このとき、変調電極２６，３６ａに印
加される電圧と光変調波の位相が同期する。
調電極２６，３６ａの中心間の距離のうち、光導波路の
長さの合計を２.５ｃｍとし、前記の式１において、ｍ
＝１としたとき、変調電極２６，３６ａにそれぞれ印加
される電圧の位相と光路を伝送される光変調波の位相が
同期する条件は、光ファイバ４５の長さは９.７ｃｍと
なる。すなわち、このとき、変調電極２６，３６ａに印
加される電圧と光変調波の位相が同期する。
【００３５】さらに、変調電極３６ａ，３６ｂ間におい
ても、前記の式１から、ｍ＝０としたとき、変調電極３
６ａ，３６ｂの中心間の距離が１.９ｃｍのときに、同
様に電圧と光変調波の位相が同期する。なお、本実施例
においても、光ファイバおよび光導波路の屈折率をそれ
ぞれ１.５，２.１とした。
ても、前記の式１から、ｍ＝０としたとき、変調電極３
６ａ，３６ｂの中心間の距離が１.９ｃｍのときに、同
様に電圧と光変調波の位相が同期する。なお、本実施例
においても、光ファイバおよび光導波路の屈折率をそれ
ぞれ１.５，２.１とした。
【００３６】このように、印加電圧の位相と、光変調波
の位相が同期する条件を満たすセンサヘッドを用いて構
成した位相整合型光電界センサによって、それぞれの変
調電極のもとで同期をとって変調されるため、６ｄＢ以
上の高い感度と強い指向性が得られた。本実施例では、
変調電極２６，３６ａ間も、変調電極３６ａ，３６ｂ間
も、光路の長さを、いずれも周波数１.９ＧＨｚに合わ
せて設定したために、全体として、１.８ＧＨｚから２.
０ＧＨｚの広い周波数帯域において、高感度の位相整合
型光電界センサとすることができる。
の位相が同期する条件を満たすセンサヘッドを用いて構
成した位相整合型光電界センサによって、それぞれの変
調電極のもとで同期をとって変調されるため、６ｄＢ以
上の高い感度と強い指向性が得られた。本実施例では、
変調電極２６，３６ａ間も、変調電極３６ａ，３６ｂ間
も、光路の長さを、いずれも周波数１.９ＧＨｚに合わ
せて設定したために、全体として、１.８ＧＨｚから２.
０ＧＨｚの広い周波数帯域において、高感度の位相整合
型光電界センサとすることができる。
【００３７】なお、変調電極２６，３６ａ間、および変
調電極３６ａ，３６ｂ間の光路の長さを、それぞれ周波
数１.８ＧＨｚ、および２.０ＧＨｚに合わせて、設定し
てもよい。
調電極３６ａ，３６ｂ間の光路の長さを、それぞれ周波
数１.８ＧＨｚ、および２.０ＧＨｚに合わせて、設定し
てもよい。
【００３８】あるいは、変調電極の間の光路長さを、隣
接する各二つの半波長ダイポールアンテナの対応する周
波数の中間の周波数にそれぞれ設定し、具体的には、変
調電極２６，３６ａ間では周波数１.８５ＧＨｚに、変
調電極３６ａ，３６ｂ間では周波数１.９５ＧＨｚに合
わせてそれぞれ設定してもよい。
接する各二つの半波長ダイポールアンテナの対応する周
波数の中間の周波数にそれぞれ設定し、具体的には、変
調電極２６，３６ａ間では周波数１.８５ＧＨｚに、変
調電極３６ａ，３６ｂ間では周波数１.９５ＧＨｚに合
わせてそれぞれ設定してもよい。
【００３９】（実施例３）図２は、本発明の他の実施例
である位相整合型光電界センサのうち、受信アンテナお
よびセンサヘッドの構成を示す図である。図２（ａ）
は、単一の光変調器を用いたセンサヘッドの構成を示す
図、図２（ｂ）は、光ファイバで接続された複数の光変
調器を用いたセンサヘッドの構成を示す図である。
である位相整合型光電界センサのうち、受信アンテナお
よびセンサヘッドの構成を示す図である。図２（ａ）
は、単一の光変調器を用いたセンサヘッドの構成を示す
図、図２（ｂ）は、光ファイバで接続された複数の光変
調器を用いたセンサヘッドの構成を示す図である。
【００４０】本実施例において、位相整合型光電界セン
サは、受信アンテナのほかに、導波器３９と反射器４０
を具備している。これらの導波器３９と反射器４０は、
受信対象とする電波の１／４波長ごとに配置され、変調
電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃにそれぞれ接続された受信
アンテナ３８ａ，３８ｂ，３８ｃは、１波長ごとに配置
されている。
サは、受信アンテナのほかに、導波器３９と反射器４０
を具備している。これらの導波器３９と反射器４０は、
受信対象とする電波の１／４波長ごとに配置され、変調
電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃにそれぞれ接続された受信
アンテナ３８ａ，３８ｂ，３８ｃは、１波長ごとに配置
されている。
【００４１】本実施例では、周波数３０ＧＨｚの電波を
受信対象とし、受信アンテナ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ
は、３０ＧＨｚの電波に対する半波長ダイポールアンテ
ナを形成するものとした。すなわち、３０ＧＨｚの電波
の波長が１ｃｍであるため、受信アンテナ３８ａ，３８
ｂ，３８ｃ相互の間隔を１波長とし、各受信アンテナに
１／４波長（０.２５ｃｍ）隔てて周期的に、導波器３
９と反射器４０を配置している。なお、受信アンテナ
は、半波長ダイポールアンテナに限定することなく、そ
の種類の如何にかかわらず、用いることができる。図２
においては、受信アンテナを半波長ダイポールアンテナ
として表すこととする。
受信対象とし、受信アンテナ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ
は、３０ＧＨｚの電波に対する半波長ダイポールアンテ
ナを形成するものとした。すなわち、３０ＧＨｚの電波
の波長が１ｃｍであるため、受信アンテナ３８ａ，３８
ｂ，３８ｃ相互の間隔を１波長とし、各受信アンテナに
１／４波長（０.２５ｃｍ）隔てて周期的に、導波器３
９と反射器４０を配置している。なお、受信アンテナ
は、半波長ダイポールアンテナに限定することなく、そ
の種類の如何にかかわらず、用いることができる。図２
においては、受信アンテナを半波長ダイポールアンテナ
として表すこととする。
【００４２】センサヘッド３１には、図１の場合と同様
に、電気光学効果を示すニオブ酸リチウム結晶のｃ軸に
垂直な基板上に形成された光変調器を用いている。セン
サヘッド３１には、単一の干渉型光導波路に３組の変調
電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃが配置されている。これら
の変調電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃには、接続端子３７
ａ，３７ｂ，３７ｃを経て、それぞれ半波長ダイポール
アンテナ３８ａ，３８ｂ，３８ｃが接続されている。
に、電気光学効果を示すニオブ酸リチウム結晶のｃ軸に
垂直な基板上に形成された光変調器を用いている。セン
サヘッド３１には、単一の干渉型光導波路に３組の変調
電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃが配置されている。これら
の変調電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃには、接続端子３７
ａ，３７ｂ，３７ｃを経て、それぞれ半波長ダイポール
アンテナ３８ａ，３８ｂ，３８ｃが接続されている。
【００４３】前記の式１によれば、接続端子３７ａ，３
７ｂ，３７ｃに遅延機能をもたせず、かつ、ｍ＝１のと
き、変調電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃの間隔を１.０ｃ
ｍとすると、各変調電極に印加される電圧の位相と光導
波路を伝送される光変調波の位相が同期する。
７ｂ，３７ｃに遅延機能をもたせず、かつ、ｍ＝１のと
き、変調電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃの間隔を１.０ｃ
ｍとすると、各変調電極に印加される電圧の位相と光導
波路を伝送される光変調波の位相が同期する。
【００４４】また、低い周波数の電波を受信対象とする
場合には、受信アンテナと導波器の間隔が大きくなるた
め、図２（ｂ）に示すように、複数の光変調器４１，４
２，４３を光ファイバ４５，４６で直列に接続してセン
サヘッドを構成してもよい。なお、図２（ｂ）におい
て、各導波器３９および反射器４０は、適切に支持され
ていることはいうまでもない。
場合には、受信アンテナと導波器の間隔が大きくなるた
め、図２（ｂ）に示すように、複数の光変調器４１，４
２，４３を光ファイバ４５，４６で直列に接続してセン
サヘッドを構成してもよい。なお、図２（ｂ）におい
て、各導波器３９および反射器４０は、適切に支持され
ていることはいうまでもない。
【００４５】なお、図２（ａ）、図２（ｂ）では、導波
器３９および反射器４０は、いずれも長さ方向に分割し
て示されているが、金属線で両者を短絡するか、あるい
は分割されていない金属棒を導波器、反射器として用い
るとより有効である。
器３９および反射器４０は、いずれも長さ方向に分割し
て示されているが、金属線で両者を短絡するか、あるい
は分割されていない金属棒を導波器、反射器として用い
るとより有効である。
【００４６】本実施例によれば、位相整合型光電界セン
サは、導波器や反射器からなる受信アンテナを用いて、
さらにそれぞれの変調電極のもとで同期をとって変調を
重ねるため、高周波帯域でも高い感度と強い指向性が得
られる。
サは、導波器や反射器からなる受信アンテナを用いて、
さらにそれぞれの変調電極のもとで同期をとって変調を
重ねるため、高周波帯域でも高い感度と強い指向性が得
られる。
【００４７】なお、本実施例においても、導波器と変調
電極の間に、遅延要素を含むこととなっても、その遅延
要素の特性と、各変調電極間の光路の長さ、および導波
器の間隔を適切に調整することにより、前記実施例１に
示したと同様に、高感度、かつ、高指向性を確保するた
めに、容易に対処できる。
電極の間に、遅延要素を含むこととなっても、その遅延
要素の特性と、各変調電極間の光路の長さ、および導波
器の間隔を適切に調整することにより、前記実施例１に
示したと同様に、高感度、かつ、高指向性を確保するた
めに、容易に対処できる。
【００４８】本発明による位相整合型光電界センサによ
って、従来困難とされてきた、とくに高周波帯域の電界
測定が可能となったのみならず、低い周波数帯域に対し
ても、そのまま適用することができる。また、本発明の
位相整合型光電界センサによって、目的とする特定の広
い周波数帯域において高感度に電界を測定できるように
設定することが可能となった。
って、従来困難とされてきた、とくに高周波帯域の電界
測定が可能となったのみならず、低い周波数帯域に対し
ても、そのまま適用することができる。また、本発明の
位相整合型光電界センサによって、目的とする特定の広
い周波数帯域において高感度に電界を測定できるように
設定することが可能となった。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の位相整合
型光電界センサによれば、低い周波数はもとより、高周
波までの空間電界を、とくに広い周波数帯域において高
感度に、かつ電波が伝搬する向きも含む高い指向性をも
って検出することができる。
型光電界センサによれば、低い周波数はもとより、高周
波までの空間電界を、とくに広い周波数帯域において高
感度に、かつ電波が伝搬する向きも含む高い指向性をも
って検出することができる。
【図１】本発明の実施の形態の位相整合型光電界センサ
のうち、センサヘッドの構成を示す図。
のうち、センサヘッドの構成を示す図。
【図２】本発明の実施例である位相整合型光電界センサ
のうち、受信アンテナおよびセンサヘッドの構成を示す
図。図２（ａ）は、単一の光変調器を用いたセンサヘッ
ドの構成を示す図。図２（ｂ）は、光ファイバで接続さ
れた複数の光変調器を用いたセンサヘッドの構成を示す
図。
のうち、受信アンテナおよびセンサヘッドの構成を示す
図。図２（ａ）は、単一の光変調器を用いたセンサヘッ
ドの構成を示す図。図２（ｂ）は、光ファイバで接続さ
れた複数の光変調器を用いたセンサヘッドの構成を示す
図。
【図３】光導波路素子によるセンサヘッドを用いた従来
の光電界センサの構成を示す図。図３（ａ）は、光電界
センサの全体の構成を示す図。図３（ｂ）は、センサヘ
ッドの構成と半波長ダイポールアンテナを示す図。
の光電界センサの構成を示す図。図３（ａ）は、光電界
センサの全体の構成を示す図。図３（ｂ）は、センサヘ
ッドの構成と半波長ダイポールアンテナを示す図。
【符号の説明】 １ 光源 ２ 光検出器 ５ 入力光ファイバ ６ 出力光ファイバ ９ 光の進行方向 １１ センサヘッド １２ 基板 １３ 入射光導波路 １４ 出射光導波路 １５ 位相シフト光導波路 １６ 変調電極 １８ 半波長ダイポールアンテナ ２１ センサヘッド ２２ 基板 ２３ 入射光導波路 ２４ 出射光導波路 ２５ 位相シフト光導波路 ２６ 変調電極 ２７ 接続端子 ２８ 半波長ダイポールアンテナ ２９ パッケージ ３１ センサヘッド ３２ 基板 ３３ 入射光導波路 ３４ 出射光導波路 ３５ 位相シフト光導波路 ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ 変調電極 ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ 接続端子 ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ 半波長ダイポールアンテナ ３９ 導波器 ４０ 反射器 ４１，４２，４３ 光変調器 ４５，４６ 光ファイバ
Claims (9)
- 【請求項１】 電波の各周波数の帯域毎に対応する複数
の受信アンテナと、該複数の受信アンテナが接続され、
電界によって該複数の受信アンテナに誘起された電圧
が、該受信アンテナのそれぞれに対応した変調電極に印
加され、該電圧に依存して、透過される光の強度または
位相が変化するように構成されたセンサヘッドと、光フ
ァイバを通じて前記センサヘッドに光を入射する光源
と、光ファイバを通じて前記センサヘッドの出射光を検
出する光検出器からなり、前記変調電極に印加される電
圧の位相と、該電圧によって変調され、前記変調電極の
間の光路を伝送される光変調波の位相が同期するよう
に、前記複数の受信アンテナの相互の間隔と、前記変調
電極の間の光路の長さが、設定されていることを特徴と
する位相整合型光電界センサ。 - 【請求項２】 前記受信アンテナ、および前記変調電極
は、それぞれ３組以上からなることを特徴とする請求項
１記載の位相整合型光電界センサ。 - 【請求項３】 前記受信アンテナの間または近傍に、少
なくとも一つの導波器または反射器が設置されているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の位相整合
型光電界センサ。 - 【請求項４】 前記受信アンテナと前記変調電極の間に
は、該受信アンテナに誘起された電圧が遅延して該変調
電極に印加されるように、遅延要素が含まれることを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の位
相整合型光電界センサ。 - 【請求項５】 前記遅延要素は、遅延線、容量素子、ま
たはインダクタンス素子、もしくはこれらの組み合わせ
から構成されることを特徴とする請求項４記載の位相整
合型光電界センサ。 - 【請求項６】 前記センサヘッドは、電気光学効果を示
す材料を基板とし、該基板上に光導波路型干渉計および
変調電極が形成された光変調器からなることを特徴とす
る請求項１記載の位相整合型光電界センサ。 - 【請求項７】 前記センサヘッドは、単一または複数の
基板上に形成された光変調器からなることを特徴とする
請求項１、または請求項６記載の位相整合型光電界セン
サ。 - 【請求項８】 前記センサヘッドは、少なくとも光導波
路または光ファイバによって直列に接続された複数の光
変調器からなることを特徴とする請求項１、請求項６、
および請求項７のいずれか記載の位相整合型光電界セン
サ。 - 【請求項９】 前記光変調器は、単一の光導波路型干渉
計に１組または複数組の変調電極を具備していることを
特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の
位相整合型光電界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17230398A JPH11352165A (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 位相整合型光電界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17230398A JPH11352165A (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 位相整合型光電界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11352165A true JPH11352165A (ja) | 1999-12-24 |
Family
ID=15939431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17230398A Withdrawn JPH11352165A (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 位相整合型光電界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11352165A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005091072A (ja) * | 2003-09-16 | 2005-04-07 | Sureway Inc | 電界測定装置 |
| JP2009128154A (ja) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Noise Laboratory Co Ltd | 光電界センサ |
| JP2014002005A (ja) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 光センサシステム |
| US11415613B2 (en) | 2019-03-21 | 2022-08-16 | Mie University | Electric field detection device and electric field detector |
-
1998
- 1998-06-03 JP JP17230398A patent/JPH11352165A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005091072A (ja) * | 2003-09-16 | 2005-04-07 | Sureway Inc | 電界測定装置 |
| JP2009128154A (ja) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Noise Laboratory Co Ltd | 光電界センサ |
| JP2014002005A (ja) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 光センサシステム |
| US11415613B2 (en) | 2019-03-21 | 2022-08-16 | Mie University | Electric field detection device and electric field detector |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20041025 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20050302 |